SHL10-25型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计_精品

中北大学 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： 任虹翰 学 号： 08040141 学 院： 信息商务学院 专 业： 环境工程 题 目： 锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 指导教师： 赵光明 职称 : 副教授 2011 年 6 月 10 日 中北大学 课程设计任务书 20010/2011 学年第 二 学期 学 院： 信息商务 学院 专 业： 环境工程 学 生 姓 名： 任虹翰 学 号： 08040141 课程设计题目： 锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 起 迄 日 期： 5 月 30 日 6 月 10 日 课程设计地点： 环境工程专业实验室 指 导 教 师： 赵光明 系 主 任： 王海芳 下达任务书日期 : 2011 年 5 月 4 日 课 程 设 计 任 务 书 1设计目的： 通过本课程设计，掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法， 掌握大气污染控制工程设计要点及其相关工程设计要点， 具备 初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力； 培养环境工程专业学生 综合运用所学的理论知识独立分析和解决 大气污染控制工程 实际 问题 的 实践 能力。 2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 燃煤锅炉烟气袋式除尘系统设计 锅炉型号： 即，双锅筒横置式链条炉，蒸发量 10t/h，出口蒸汽压力 25计耗煤量： h 设计煤成分： 6% % % % % 0% % ； 8 属于高硫无烟煤 排烟温度： 160 空气过剩系数 灰率 16 烟气在锅炉出口前阻力 700染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中 2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度 100m， 90弯头 20个。 （ 1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。 （ 2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。 （ 3）除尘设备结构设计计算 （ 4）脱硫设备结构设计计算 （ 5）烟囱设计计算 （ 6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择 3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书 (论文 )、图纸、实物样品等： 课程设计计算说明书一份，并按照规定格式打印装订； 课程设计所需若干图纸， 要求作图规范， 打印。 课 程 设 计 任 务 书 4主要参考文献： 广大 第二版 高等教育出版社 ， 2002 2. 黄学敏，张承中 北京： 高等教育出版社 ， 2003 三废处理工程技术手册废气卷 学工业 出版社 ， 1999 4. 张殿印 程设计手册 . 北京：化学工业 出版社 ， 2003 5. 童志权 北京：化学工业 出版社 ， 2003 代启 大气污染控制设备， 北京：化学工业 出版社 ， 2003 环保设备设计与应用 . 北京： 高等教育出版社 ， 2003 5设计成果形式及要求： 一、说明书 装订顺序： 说明书封面，任务书，目录，正文、参考文献、附图。 二、 说明书 格式 （ 1）用 1 做标题，标题左顶格，不留空格。 （ 2）一级标题 3号宋体加黑；二级标题 4 号宋体加黑； 三级标题小 4号宋体加黑； （ 3）“目录”居中， 用小 4号宋体加黑， （ 4）正文小 4号宋体， （ 5） “参考文献” 标题格式 同一级标题，内容格式同正文小 4号宋体， （ 6）页码排序从正文开始，用“第页”形式，居中。 三、设计图 括图框、明细表， 平面布置图中要有方位标志（指北针）。 6工作计划及进度： 2011年 5 月 30 日 6 月 10 日 2011 年 5 月 4 日： 布置题目，发放课程设计任务书，讲解设计方法； 5 月 30 日 6 月 4 日：查阅资料，设计计算； 6 月 4 日 6 月 10 日：绘制设计图， 撰写说明书 ； 6 月 11 日 6 月 12 日：答辩或成绩考核 。 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 目录 2 前 言 . 1 . 2 收剂制备和补充系统 . 2 气系统 . 2 收系统 . 3 硫产物处理系统 . 3 . 3 煤锅炉烟气量、 烟尘和二氧化硫浓度的计算 . 3 准状况下理论空气量 . 3 准状态下理论烟气量 . 3 准状态下实 际烟气量 . 4 气含尘浓度 . 4 准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算 . 4 尘器的选择 . 4 尘效率 . 4 况下烟气流量 . 4 尘器的选择及计算 . 5 道布置及各管段的管径 . 6 囱的设计 . 7 统阻力的计算 . 9 机和电机的选择和计算 . 12 . 13 收 吸收塔的选择 . 13 硫方法的选择 . 15 艺比较 . 15 艺流程介绍 . 16 料的选择 . 17 料塔的计算 . 17 料衡算 . 17 径的计算 . 18 料塔的附件选择 . 19 道局部阻力计算 . 20 机和电机的选择 . 20 . 21 参考文献： . 22 附表： . 23 附图： . 24 1 前 言 在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。 随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和 人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改 造自然环境，使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响 。大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百年来， 西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪 50界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计，1990 年全国煤炭消耗量 吨，到 1995 年煤炭消耗量增至 吨，二氧化硫排放量 达 2232 万吨。超过欧洲和美国，居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。如不严格控制，到 2010 年我国煤炭消耗量增长到 15亿吨时，二氧化硫排放量将达 2730 万吨。 因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治 。 2 脱硫除尘工艺设计说明： 双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统， 收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。 收剂制备和补充系统 脱硫装 置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。 气系统 锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟 3 气经两级 除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入 大气 。当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。 锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。 硫产物处理系统 脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆，从曝气池底部排浆管排出，由排浆泵送入水 力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及 重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。在水力旋流器内，石膏浆被浓缩 (固体含量约40 )之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。 尘和二氧化硫浓度的计算 准状况下理论空气量 (O) 式中： C、 H、 S、 =(= ) 准状态下理论烟气量 (C+a+a+中： 标准状态下理论空气量 m3/ W 煤中水分的的质量分数； N ( ) 4 准状态下实际烟气量 + 式中： a 空气过剩系数； 标准状态下理论空气量 m3/ 标准状态下理论烟气量 m3/ ( ) 注意 ： 标准状态下烟气流量 m3/此， Q= 计耗煤量 Q= 计耗煤量 =103=h 气含尘浓度 C=A ( ) 式 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 A 煤中不可燃成分的含量 标准状态下实际烟气量， m3/ C=g/ 准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算 106( / 式 S 煤中硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量 106= =103( / 尘器的选择 尘效率 =1Q/= m3/h)=98273 )160273( =m3/h) 5 则烟气的流量为 )/(5 0 0 0 0 3 73 60 0 3 尘器的选择及计算 根据工况下 烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器） 袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类 ,其性能比较如下表： 除尘种类 除尘效率 % 净化程度 特点 简易袋式 30 中净化 机械振动袋式 90 中净化 要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成足够的振动力。 脉冲喷吹袋式 99 细净化 清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清灰效果好 气环式袋式 99 细净化 适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高 通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用 脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤 较小，滤袋使用周期长的特点。 用除尘器手册中选取 结构特点 :主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲 6 阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。 工作原理：含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。粉尘被阻留在袋外，净化气体进入袋内经过文氏管，由排风口排出机外，阻留在滤袋上的粉尘通过用电控（ D）、机控（ J）或气控（ Q）中的一种方 式，控制开启脉冲阀定时分排，对滤袋进行清灰，其主要性能与主要结构尺寸见下表： 型号 过滤面积 袋数量 /条 处理风量m3/h 脉冲阀个数/个 外形尺寸 /长高宽 I 27 36 3250 6480 6 1425 1678 3600 设备质量/袋尺寸/备阻力/尘效率 入口含尘浓度 g/滤风速/m/ 1202000 1200 1500 99% 2 14 2 4 主要结构尺寸： 型号 A I 1678 1150 1340 1100 3660 影响因素 ： 过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。 道布置及各管段的管径 根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置，一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了，对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑 ，管路短，占地面积小，并使安装，操作和检修方便。 )(4 式中： v 烟 气流速 m/s（对于锅炉烟尘 v=10 15m/s） 取 v=15 m/ 7 圆整并选取风值： 钢制板风管 外径 D/径允许偏差 /厚 /00 1 径 00公式 )(4 得 烟气流速 2 由此可知，除尘器中的管径设计合理 囱的设计 根据锅炉的蒸发量（ t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度 锅炉烟囱高度 锅炉总额蒸发量（ t/h） 1 1 2 2 6 6 10 10 20 20 35 烟囱的最低高度(m) 20 25 30 35 40 45 由于给定锅炉型号 0t/h，故选定烟囱高度为 40m 烟囱抬升高度： =(160=h 烟囱的热排放率 标况下的烟气平均比定压热容，取 8 标准状态下的烟气排放量 m3/s 烟气出口温度 当地最近 5年平均气温值 K=273+20=293K 由于 100 u QV 烟率出口速度 m/s D 烟囱出口内径 m 烟囱的热排放率 u 烟囱出口的环境平均风速 m/s，取 s 9 烟囱总高度 H= h=烟囱出口内径按如下公式： 圆整取 d= 通过烟囱的总烟量 m3/h W 按下表选取的烟囱出口烟气流速 m/s，选 W=4m/s， 烟囱出口烟气流速 通风方式 运行情况 全负 荷 最小负荷 机械通风 1020 45 自然通风 68 2 53 烟囱底部直径： d1=d+2 40=2m d 烟囱出口直径 m H 烟囱高度 m 9 i 烟囱锥度，取 I=囱的抽力： py 73127310 3 4 H 烟囱高度 m 外界空气温度 烟囱内烟气平均温度 B 当地大气压 4 烟囱的阻力损失计算 采用砖砌烟囱 ,阻力可按下式计算 22 l m d 径 , g/ m 则最大地面浓度 332m a x / 可见地面最大浓度小于国家规定 ,烟囱高度设计合理 统阻力的计算 1、摩擦阻力损失2 L 管道长度， m d 管道直径， m 烟气密度， v 管中烟气流速， m/s 10 摩擦阻力系数，是气体雷诺数 和管道相对粗糙度 的函数，可以查手册得到。（实际中金属管取 砌或混凝土管道取 对于 700圆， L=100m =3/60273( 98273 =a 2、局部压力损失 2 =2 =a 异形管件的局部阻力系数，可以在有关手 册中查到或通过实验求得。 v 与相对应的断面平均气流速度， m/s 烟气密度， 1=a、除尘器进气管的阻力损失计算 如图所示，进气管管道计算如下： 渐缩管的计算 45o 时 = 取 =45o v=s 2 P =a 11 设两个均为 90D=700 m m 取 R= 则 =2 a 渐扩管的计算 21 化工原理附表 则 = a n) =m b、除尘器出气管的阻力损失的计算 如图所示，出气管管道计算如下： 渐扩管的计算 45o 时 = 取 =30o v=s 2 P =a n) =m 12 两个 90D=400 m m， 取 则 =2 a C、对于 = P =a 则系统总阻力 其中锅炉出口前阻力 550尘器阻力 1400般为12001500 h=50+1300 =a 机和电机的选择和计算 1、标准状态下风机风量的计算 82 7 3 3 2 14 3 33 6 0 09 1 33 2 1)2 7 3(p =h 风量备用系数 B 当地大气压 Q 标准状态下风机前的风量， m3/h 风机前烟气温度 管道不长，可以近似取锅炉排烟温度 2、风机风压的计算 00273(60273()73(73)( a 风压备用系数 h 系统总阻力， 风机前烟气温度 风机性能表中给出的实验用气体温度， 标准状态下烟气密度 g/ 烟囱产生的抽力， 据 y 选定 引风机，性能表如下 13 型号 全压 /（ 风量 /（ m3/h） 功率/速 /（ r/ 1365762 250026000 337 2850 3、电动机功率的计算 yH 1风机风量， 风机风压 风机在全头时的效率（一般为 机械传动功率（用 = 电动机备用系数，对引风机 =据电动机的功率，风机转速，传动方式，选定 电动机（功率是 11 性能参数如下 : 功率 (型 号 转速r/率 (%) 功率因数 11 70 87 名 称 操作参数 优 点 缺 点 填 料 塔 s 液气比 构简单，设备小，制造容易，占空间小；液气比小，能耗低；气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、不能无水运行 14 力损失200 1000收 自 激 湍 球 塔 液气比 110L/淋密度 6压力损失500Pa/m s 结构简单，制造容易； 填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题； 流体阻力较小，能量消耗低； 操作弹性较大，运行可靠。 不能无水运行 筛 板 塔 s 小孔气速 1622m/s 液层厚度 4060板阻力300 600淋密度 1215 结构较简单，空塔速度高，处理气量大； 能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收； 大 直径塔检修时方便 安装要求严格，塔板要求水平； 操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。 15 喷 淋 塔 s 液气比 1330L/力损失500 2000构简单，造价低，操作容易； 可同时除尘、降温、吸收，压力损失小 气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低； 液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞； 产生雾滴，需设除雾器 通过比较各种设备的性能参数，填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，具有很高的脱硫效率，所以选用填料塔吸收二氧化 硫。 艺比较 湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤 本设计为高浓度 近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间 ,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术 ,其优点是技术成熟 ,脱硫效率高 ,操作简便 ,吸收剂价廉易得适用煤种范围广 ,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰 /石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法 其工艺比较见下表： 项目 优点 缺点 石灰 /石灰石吸收法 脱硫效率高，吸收剂资源广泛，价格低廉，副产品石膏可用建筑材料 系统复杂，占地面积大，造价高，容易结垢造成堵塞，运行费用高，只使用大型电站锅炉 氢氧化钠吸收法 价格便宜，脱硫效率高，副产品的溶解度特性更适用加热解吸过程，可高温下 失吸收二氧化硫的能力 16 循环利用，吸收速度快 氨吸收法 脱硫效率高，运行费用低 吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大 综合本工艺流程图及上述几种常用脱硫的优缺点比较 ,经过比较全面考虑 ,最终我们组选用钠碱吸收法进行脱硫 ,即采用 吸收烟气中的 用石灰石中和再生 ,再生后的溶液继续循环利 用。该法吸收剂采用钠碱，故吸收率较高，可达 95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。 其 反应机理： 2 2到循环吸收的效果。 艺流程介绍 含 温后送入吸收塔，塔内喷淋含 化后的烟气排入大气。从塔底排出的吸收液被送至再生槽加 再生 清夜返回吸收系统 ;所得固体物质加入 鼓入空气进行氧化可得石膏 . 一、脱硫反应： （ 1） 2 2） 2 3） 其中： 式（ 1）为启动阶段 反应； 式（ 2）为再生液 于 9 时），溶液吸收 式（ 3）为溶液 59）时的主反应。 二、氧化过程 (副反应 ) 1/2 4） 17 1/2 5） 三、再生过程 H)2 + 2 6） H)2 + 2 +3/2 7） 四、氧化过程 1/2 8） 式（ 6）为第一步 反应再生反应，式（ 7）为再生至 9以后继续发生的主反应。脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙的形式析出，然后将其用泵打入石膏脱水处理系统，再生的 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散，液膜不断更新，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、